реле частоты

Формула изобретения

Реле частоты, содержащее исполнительный элемент, выпрямитель и частотно-зависимый элемент, отличающееся тем, что введены первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор, первый, второй и третий пороговые блоки и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом вход частотно-зависимого элемента является входом контролируемой частоты, а выход - соединен с входом выпрямителя, выход выпрямителя соединен с входом первого порогового блока, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “Меньше” первого порогового блока, с выходом “Больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом делителя частоты, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход “Больше” второго порогового блока и выход “Меньше” третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одновибратора является входом запуска реле частоты, а частотно-зависимый элемент обладает амплитудно-частотной характеристикой с первым максимумом, соответствующим минимально допустимой величине fд- отклонения контролируемой частоты от номинального значения, со вторым максимумом, соответствующим максимально допустимой величине fд+ отклонения контролируемой частоты от номинального значения, и с минимумом, расположенным между первым и вторым максимумами и соответствующим номинальному значению fн контролируемой частоты.

Описание изобретения к патенту

Изобретение относится к электротехнике и может быть использовано в качестве электронного реле частоты.

Известно устройство, содержащее последовательно соединенные генератор тактовых импульсов, двоичный счетчик импульсов, дешифратор, формирователь импульсов и исполнительный элемент, выполненный в виде транзистора [1].

Недостатком устройства являются относительно узкие функциональные возможности, не позволяющие использовать его в качестве реле частоты.

Наиболее близким по технической сущности к заявляемому является устройство, содержащее последовательно соединенные разделительный трансформатор, частотный фильтр, первый частотно-зависимый элемент, первый формирователь импульсов, элемент ЗАПРЕТ, расширитель импульсов, усилитель и исполнительный элемент, второй частотно-зависимый элемент, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, а выход - через ключ соединен со вторым входом первого формирователя импульсов, последовательно соединенные делитель напряжения, вход которого соединен с выходом частотного фильтра, второй формирователь импульсов и формирователь коротких импульсов, выход которого соединен со вторым входом элемента ЗАПРЕТ, а также пусковой элемент, выполненный в виде выпрямителя, вход которого соединен с выходом разделительного трансформатора, а выход - соединен со вторым входом расширителя импульсов [2].

Недостатком наиболее близкого технического решения являются относительно узкие функциональные возможности, поскольку оно одновременно может работать либо как реле понижения частоты, либо как реле повышения частоты.

Требуемый технический результат заключается в расширении функциональных возможностей, путем обеспечения одновременного выполнения функций реле повышения и понижения частоты.

Этот технический результат достигается тем, что в реле частоты, содержащем исполнительный элемент, выпрямитель и частотно-зависимый элемент, введены первый и второй элементы И, реверсивный счетчик, одновибратор, первый, второй и третий пороговые блоки и последовательно соединенные генератор тактовых импульсов и делитель частоты, при этом, вход частотно-зависимого элемента является входом контролируемой частоты, а выход - соединен с входом выпрямителя, выход выпрямителя соединен с входом первого порогового блока, входы сложения и вычитания реверсивного счетчика соединены с выходами первого и второго элементов И, соответственно, первый прямой вход первого элемента И соединен с выходом “меньше” первого порогового блока, с выходом “больше” которого соединен первый прямой вход второго элемента И, второй прямой вход первого элемента И соединен с выходом генератора тактовых импульсов, а второй прямой вход второго элемента И соединен с выходом делителя частоты, выход реверсивного счетчика соединен со входом исполнительного элемента и с входами второго и третьего пороговых блоков, выход “больше” второго порогового блока и выход “меньше” третьего порогового блока соединены с инверсными входами первого и второго элементов И, соответственно, выход одновибратора соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика и с входом запуска генератора тактовых импульсов, вход одно вибратора является входом запуска реле тока, а частотно-зависимый элемент обладает амплитудно-частотной характеристикой с первым максимумом, соответствующим минимально допустимой величине fд- отклонения контролируемой частоты от номинального значения, со вторым максимумом, соответствующим максимально допустимой величине fд+ отклонения контролируемой частоты от номинального значения, и с минимумом, расположенным между первым и вторым максимумами и соответствующим номинальному значению fн контролируемой частоты.

Кроме того, исполнительный элемент содержит пороговый блок, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен с входом реле с замыкающими контактами.

На фиг.1 чертеже представлена электрическая структурная схема реле частоты, на фиг.2 - временные диаграммы, поясняющие его работу, на фиг.3 - амплитудно-частотная характеристика частотно-зависимого элемента.

Реле частоты содержит последовательно соединенные частотно-зависимый элемент 1, вход которого является информационным входом реле, выпрямитель 2 и первый пороговый блок 3, первый 4 и второй 5 элементы И, первые входы которых соединены соответственно с выходом “меньше” и выходом “больше” первого порогового блока 3, реверсивный счетчик 6, вход сложения и вход вычитания которого соединены с выходом первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, второй 7 и третий 8 пороговые блоки, выходы которых соединены с инверсными входами первого 4 и второго 5 элементов И соответственно, и исполнительный элемент 9, вход которого соединен с выходом реверсивного счетчика 6. Устройство также содержит последовательно соединенные генератор 10 тактовых импульсов (ГТИ), выход которого соединен со вторым входом первого элемента И 4, и делитель 11 частоты импульсов, выход которого соединен со вторым входом второго элемента И 5, а также одно вибратор 12, вход которого является входом запуска реле частоты, а выход соединен с входом установки в начальное состояние реверсивного счетчика бис входом запуска ГТИ 10, при этом, исполнительный элемент 9 может быть выполнен в виде порогового блока 13, вход которого является входом исполнительного элемента, а выход непосредственно или через усилительный элемент соединен со входом реле с замыкающими контактами.

Первый 3, второй 7 и третий 8 пороговые блоки, а также пороговый блок 13 могут быть выполнены в виде стандартных компараторов, реверсивный счетчик - по схеме, представленной в [3, стр. 177, 187], делитель 11 - в виде двоичного счетчика. Частотно-зависимый элемент 1 может быть выполнен в виде двух последовательно соединенных частотно-зависимых элементов 2, например резонансных контуров [2, стр. 52, рис. 1.14], один из которых настроен на предельно допустимую максимальную частоту fд+, а другой - на предельно допустимую минимальную частоту fд-. Остальные элементы являются стандартными элементами электронной техники.

Вход частотно-зависимого элемента 1 является входом сигнала контролируемой частоты, а вход одновибратора 12 - является входом запуска реле частоты.

На фиг.2 представлены следующие временные диаграммы: на фиг.2а - сигнал U₂ на выходе выпрямителя 2, на фиг.2б - сигнал Е₆ на выходе реверсивного счетчика 6 в аналоговом виде, на фиг.2в - сигнал U₁₃ на выходе порогового блока 13).

Реле частоты работает следующим образом.

При включении устройства питание подается на все его элементы в том числе на вход запуска одновибратора 12, который вырабатывается импульс, поступающий на вход установки в начальное состояние реверсивного счетчика 6 и на вход запуска ГТИ 10. Начальное состояние счетчика целесообразно устанавливать равным или несколько выше порогового уровня исполнительного элемента U_иэ (фиг.2б). На вход частотно-зависимого элемента 1, который является входом контролируемой частоты реле частоты, поступает входной сигнал, поэтому на выходе выпрямителя 2 формируется двухполупериодное выпрямленное и несглаженное напряжение (фиг.2а). Это напряжение сравнивается в первом пороговым блоке 3 с опорным уровнем U_оп. Если напряжение больше опорного уровня, то уровень логической единицы формируется на выходе “больше” первого порогового блока 3, в противном случае - на его выходе “меньше”. В первом случае импульсы ГТИ 10 через второй элемент И 5 поступают на вход вычитания реверсивного счетчика 6 после снижения частоты импульсов в делителе 11 частоты импульсов, во втором случае - импульсы ГТИ 10 через первый элемент И 4 поступают на его вход сложения (фиг.2б). В результате этого при значительном увеличении амплитуды выходного напряжения выпрямителя 2, что соответствует недопустимому увеличению или уменьшению контролируемой частоты, сигнал на выходе реверсивного счетчика 6 относительно быстро станет ниже порогового уровня исполнительного элемента U_иэ, что приведет к формированию на выходе порогового блока 13 уровня логической единицы и срабатыванию замыкающего контакта реле частоты.

Второй 7 и третий 8 пороговые блоки обеспечивают устойчивость работы реле частоты. При длительной работе в нормальном режиме, когда выходное напряжение выпрямителя 2 находится в допустимых пределах, они не позволяют превысить максимально заданный уровень сигнала Uп+ реверсивного счетчика, при недопустимо большом уровне выходного напряжения выпрямителя 2 - не позволяет стать меньше минимально заданного уровня сигнала Uп-.

Тем самым расширяются функциональные возможности реле частоты, поскольку реле реагирует как на повышение, так и на снижение контролируемой частоты.

Источники информации

1. Электротехнический справочник, в 4-х томах, т.2. Электротехнические изделия и устройства. Под общей редакцией В.Г.Герасимова и др. - М.: Издательство МЭИ, 1998 г., с.390, рис. 35.10.

2. В.А.Андреев. Релейная защита и автоматика систем электроснабжения. - М.: Высшая школа, 1991, с.122, рис. 3.29 (прототип).

3. Букреев и др. Микроэлектронные схемы цифровых устройств. - М.: Советское радио, 1975.